کائوچو 

این درخت، گیاهی گرمسیری است که اصلیت آن به کشور برزیل تعلق دارد. «کائوچو» نام دیگر لاتکس است. این واژه از عبارتی سرخ‌پوستی گرفته شده است. «کاوو- او- چو» به زبان سرخ‌پوستان آمریکای مرکز یعنی «اشک‌های درخت». ذره‌های لاتکس در شیره بسیاری از گیاهان وجود دارد؛ اما بیش از همه در شیره درخت کائوچو یافت می‌شود شیره درخت طعمی ترش دارد و مانند شیر فاسد شده بوی بدی می‌دهد.

پس از خارج شدن شیره‌ها از درخت‌ها، کارگرها آن را جمع‌ می‌کنند. صمغ خشک شده ابتدا شسته و سپس به قطعات ریزتر خرد می‌شود؛ هر چقدر خردتر شود،‌ بهتر است. شیوه نگه‌داری این ماده اولیه تا سال‌ها معمای پژوهشگران بود. ماده خام لاتکس خیلی زود کهنه و خراب می‌شود. در آغاز قرن 19 میلادی، تلاش شد تا از پارچه‌ای که روی آن به وسیله لاتکس پوشانده شده بود، جلیقه نجات بسازند. نتیجه آزمایش یک شکست بزرگ بود. ماده لاتکس زیر نور آفتاب ذوب شد و به درون آب ریخت.

کائوچو یکی از مواد لاستیکی است. معنی لغوی کائوچو (caoutchouc)، درخت گریان است.

کائوچو، رزین صمغی از شیره درختان و گیاهان متعدد، بویژه از درخت هیوا (Hevea brasiliesis) است که در کشورهای گرمسیری در آسیای جنوبی (مالزی، اندونزی، سیلان، هند) و آفریقا (کنگو و لبیریا) می روید و از آن الاستمرهای کائوچوی طبیعی ساخته می شود. رزین صمغی، قبلا به کائوچوی هندی اطلاق می شد، ولی اسمی که توسط چالز گودییرGoodyear  به آن داده شد، صمغ الاستیک بوده است.

فرانسویها نام این ماده را کائوچو (Caoutchouc) و انگلیسیها چون نوشته های مدادی را با آن پاک می کردند رابر (Rubber) گذاشتند و از آنجائی که منشاء آن طبیعت است این ماده به نام لاستیک طبیعی نیز معروف گردید.

کائوچو طبیعی یک ترکیب بزرگ از مولکول n ( C5 H8) است که n در آن بین 2000 تا 4000 م‍ی باشد، از ایزوپرن ساخته شده و مانند چربی در شیر شیرابه می سازد و این ماده در شیره درختان نواحی استوا به صورت ذرات بسیار ریز وجود دارد. شیره مذبور در رگهایی که زیر پوست درخت قرار دارد جریان داشته و توسط تیغ زدن به درخت، از زیر پوست بیرون چکیده  می شود.

 از نقطه نظر شیمیایی، کائوچو تعدادی از پلیمرهای سنگین مصنوعی و یا طبیعی هستند که دارای خواص مشترک به لحاظ کشش (کش آمدن یا تسلیم شدن در برابر تنش و فشار) و برگشت مجدد به حالت اولیه، پس از عمل ولکانیزاسیون، می باشند.

در اثر ولکانیزاسیون، پلیمر از حالت ترموپلاستیک Theroplastic(حالت وارفتگی در برابر حرارت) به حالت ترموستینگ Termosetting (مقاوم شدن دربرابر حرارت) تبدیل می شود. میزان کش آمدگی ماده ولکانیز شده از حدود چند درصد به بیش از 1000 درصد افزایش می یابد.

پدیده ولکانیزاسیون

در سال 1829، )گودییر)از آمریکا و (مکین تاش) از انگلستان ، این دو متوجه شده‌اند که در اصل مخلوط کردن لاتکس طبیعی با سولفور و حرارت دادن آن، ماده‌ای قابل ذوب و قابل شکل دادن ایجاد می‌شود که می‌توان از آن، محصولات مختلفی از قبیل چرخ ارابه یا توپ تهیه کرد.

این پدیده همان پدیده ولکانیزاسیون است که در طی آن لاستیک اکسیده می‌شود و سولفور کاهیده و به سولفید تبدیل می‌شود. البته این عمل در دمای 110 درجه سانتیگراد تهیه می شود. نتیجه این کشف تولید مواد لاستیکی مثل لاستیکهای توپر، پوتین و ... است.

کشورها و محل کشت وتولیدکائوچو

درخت کائوچو در آب وهوای مرطوب 15 درجه طرفین خط استوا به بهترین وجهی به عمل     می آید واکنون در سراسر جهان مانند کشورهای برزیل ، مالزی ، اندونزی ، سریلانکا ، هندوستان و ... می روید . مجموعا‌ حدود پنج میلیون هکتار زمین زیرکشت درخت کائوچو قراردارد که ازاین مساحت چهار میلیون هکتار آن درکشورهای جنوب آسیا وبقیه در آفریقای مرکزی متمرکز می باشد ودر شرایط مناسب از هر پنج هزار متر مربع روزانه حدود دویست وپنجاه کیلو گرم کائوچوی خشک بدست می آید که در صورت استفاده از عمل پیوند درختان کائوچو می توان تولید را به پنج هزار کیلو گرم افزایش داد. رعایت کشت درخت کائوچو یکی از نکات مهم آن است که بایستی حداقل به فواصل چهار ونیم متری انجام گردد .

روش جمع آوری شیرابه گیاه کائوچو

درخت کائوچو از طریق ایجاد شکافهایی از درختان کائوچوی پنج الی هفت ساله گرفته می شود . این شیره سفید‌رنگ درخت کائوچو،  لاتکس نامیده می‌شود . مایعی چسبناک که ماده اولیه ترکیب بسیار عجیبی است: «پلاستیک»! ماده‌ای که باعث می‌شود ما راحت‌تر بخوابیم، دوچرخه سوارها راحت‌تر حرکت کنند و در روزهای بارانی پاهایمان خیس نشود. می‌دانید چرا؟ چون از این ماده شگفت‌انگیز، تشک‌های مناسب برای خوابیدن، لاستیک دوچرخه و حتی کفش هم درست می‌کنند؛ ماده‌ای که در بادکنک، توپ تنیس و حتی نخ‌های ماهیگیری وجود دارد. یکی از جالب‌ترین حالت‌های این ماده را می‌توان در انواع کش دید. خاصیت ارتجاعی این ماده به شکلی است که تا اندازه‌ای کشیده می‌شود و بعد دوباره به حالت اولش برمی‌گردد.

کائوچو طبیعی را در دومرحله به شرح زیر می توان تهیه نمود:

 در مرحله اول که به مرحله جمع آوری لاتکس معروف است پوسته درختان هیوا را به کمک چاقوی مخصوص، یک روز درمیان و درابتدای روز خراش می دهند. عمق این خراشها حدود 1 الی 2 میلیمتر، طول آن برابر با نصف محیط درخت، شیب آنها حدود 20 الی 30 درجه و فاصله آنها با یکدیگر حدود 30 الی 50 سانتیمتر می باشد. شیره درخت حاوی 30 الی 40 درصد کائوچوی طبیعی، از خراشهای ایجاد شده تراوش کرده و در ظرفهای کوچکی که به همین منظور تعبیه شده جمع آوری می شود و سپس محتوی این ظرفها به ظرفهای بزرگتری انتقال داده شده و به محل تولید حمل می گردد. PH درخت هیوا حدود 7 می باشد و برای اینکه این شیره قبل از موعد منعقد نشود مقداری آمونیاک «1 در صد»‌ یا سولفید سدیم « 5 درصد» به آنها اضافه می کنند .

در مرحله دوم که به مرحله تولید کائوچو موسوم است، شیره جمع آوری شده را با آب تا حدی که میزان کائوچو در محلول به حدود 15 درصد برسد رقیق می کنند. ذرات کائوچو طبیعی در این محلول به شکل دانه های کروی شکل با بار الکتریکی منفی معلق است. وجود این بار الکتریکی از انعقاد دانه های کائوچو جلوگیری می کند. برای از بین بردن این بار الکتریکی کافی است مقداری اسید استیک و یا اسید فرمیک رقیق به لاتکس اضافه نمود و بدین ترتیب دانه های کائوچوی طبیعی منعقد شده و به شکل خمیری متراکم استخراج می شود.

 تاریخچه

ساکنان آمریکای مرکزی، بیش از 3 هزار و 600 سال پیش با خاصیت‌های شگفت‌انگیز این ماده آشنا شده‌اند.

فاتحان اروپایی وقتی در قرن شانزدهم میلادی، به مناطق سرخ‌پوست‌نشین آمریکای مرکزی قدم گذاشتند و از دیدن اشیایی با جنسی عجیب، شگفت‌زده شدند. به نظر بعضی از آنها این ماده، محصول کاری جادوگرانه بوده است.

اما سرانجام «چارلز گودیر» در سال 1839 این مشکل را حل کرد. او تکه‌ای کائوچو را با گوگرد ترکیب کرد و روی آتش گرفت تا گرم شود. توده زغال شده بوی وحشتناکی داشت، اما دیگر حالت چسبناکی نداشت و شکلش براثر گرما یا سرما تغییر نمی‌کرد؛ این لحظه تولد پلاستیک بود. از آن زمان تاکنون پژوهشگران با انجام آزمایش‌های مختلف، ترکیب‌های متفاوتی از پلاستیک ساخته‌اند که روز به روز مقاوم‌تر شده است.

خواص شیمیایی کائوچوی طبیعی

درکائوچوی طبیعی همواره مقدارکمی مواد غیر کائوچویی وجود دارد که با وجود اینکه مقدار این مواد بسیار کم می باشد ( 5تا8 درصد) ولی اثر عمیقی بر خواص کائوچو میگذارند . این مواد از ابتدا در شیرابه موجود بوده و مقدار آنها در کائوچوی خشک بسته به روش تهیه ی آن متفاوت است. با اینحال چون مقدار این مواد در شیرابه نیز در فصول مختلف و دفعات مختلف در طول روزشیرابه گیری تغییر میکند ، کائوچوهایی که در شرایط کاملا یکسان نیز تهیه می شوندخواص مشابهی ندارند. پروتئین موجود در کائوچو سبب فعال کردن سیستم پخت شده و تغییر آن خواص پس از پخت کائوچو را تغییر میدهد.اسید های چرب،استرولها واسترها از اهمییت کمتری برخوردارندبا این حال خاصیت ضد اکسیداسیونی در کائوچو ایجاد می کنند.مقدار خاکستر موجود در کائوچوی طبیعی از این نظر که حاوی مس و منگنز است حائز اهمیت می باشد زیرا این دو ماده اثر کاتالیزوری قوی بر فراینداکسیده شدن کائوچو دارند و در کائوچوهای با کیفیت بالا مقدار آنها باید کمتر از 001/0 درصد باشد . پوسته ی درخت نیز حاوی مقدار نسبتا زیادی منگنز است و به همین دلیل باید مقدار آن در کائوچو حداقل باشد.بخش هیدرو کربنی کائوچوی طبیعی همانطور که قبلا گفته شد بیش از 99/99 درصد سیس 1و 4پلی ایزوپرن است که خواصی کاملا متفاوت از ترانس 1و4 پلی ایزوپرن (گوتاپرچا) دارد. وزن مولکولی متوسط پلی ایزوپرن در کائوچوی طبیعی از 200000 تا400000 تغییر می کند .یعنی در هر زنجیره حدود 3000 تا 5000 واحد ایزوپرن وجود دارد . بعلت همین توزیع وسیع وزن مولکولی است که فرایند پذیری کائوچوی طبیعی بسیار عالی ست.در پلی ایزوپرن به ازای هر واحد ایزوپرن یک باند دوگانه وجود دارد . این باند دوگانه مانند یک باز عمل می کند و تمایل به واکنش با موادی که در واکنش های الکترون ستانی شرکت می کنند دارد. وجود گروه متیل در1و4 پلی ایزوپرن سبب افزایش فعالیت باند دوگانه شده و به همین دلیل است که کائوچوی طبیعی نسبت به SBR یا پلی بوتادین قابلیت واکنش با محدوده ی وسیع تری از مواد شیمیایی (از جمله مواد سیستم پخت ) را دارا می باشد.

کائوچوی طبیعی به دلیل وجود باند دوگانه (غیر اشباع بودن)به سهولت با عوامل اکسید کننده مانند پراکسید ها ،پراکسی اسید ها،پتاسیم پر منگنات،ازون،کلرو... واکنش می دهد. ازطرفی چون NR حاوی مقداری ضد اکسید کننده است امکان نگهداری آن برای مدت طولانی درشرایط معمولی وجود دارد . با این حال با افزایش دما و یا قرار گرفتن در معرض نور،NR اکسیده میشود و هیدروپراکسید ها در آن تشکیل میشوند. وجود حتی مقدار کمی نمکهای مس و منگنز سبب   می شود که این هیدروپراکسیدها به رادیکال فعال تبدیل شده و عمل اکسیداسیون پلیمر ادامه یابد.

خواص و موارد استعمال کائوچو طبیعی

مهمترین خاصیت کائوچو طبیعی کش آمدن آن، گاهی بیشتر از 8 برابر طول اولیه خود و بازگشت به حالت اولیه می باشد. کائوچو طبیعی در هنگام کش آمدن حرارت از دست می دهد و در زمان برگشت حرارت جذب می نماید. در حلالهای آلی متورم شده، قسمتی از آن حل می شود و قسمتی دیگر به صورت ژلاتین باقی می ماند که با (زدن)آن مایعی یکنواخت با ویسکوزیته خیلی زیاد به نام«محلول کائوچوی طبیعی» به دست می آید.

درمواردی که کش آمدن و برگشت، جهندگی، چسبندگی، استحکام،‌ مقاومت، دوام و ذخیره گرمایی کم مورد نظر باشد از کائوچوی طبیعی استفاده می شود.

لاتکس به دست آمده از درخت هیوا را می توان برای مواردی مستقیما مصرف نمود و برای اینکه آب فراوان آن مخارج حمل و نقل را افزایش ندهد آن را تا حدود 60-70 درصد کائوچوی طبیعی تغلیظ می کند.

کاربرد مواد کائوچو

امروزه حتی بدون استفاده از صمغ درخت کائوچو هم پلاستیک ساخته می‌شود. نفت جایگزین شیره چسبناک درخت شده است. مزیت نفت نسبت به ماده لاتکس، ارزان‌تر بودن آن است. با وجود پیشرفت در زمینه تولید پلاستیک از مواد مصنوعی، اما هنوز نمی‌توان به‌طور کامل از کائوچو صرف‌نظر کرد. مثلاً اگر لاستیک خودروها فقط از پلاستیک مصنوعی تولید شود، خیلی سریع داغ می‌شود، به همین دلیل در هر حلقه لاستیک، حدود 50 درصد کائوچو هم استفاده می‌شود .

ازمواداولیه آن بعد از انجام فعل وانفعالات انواع لاستیک ساخته می شود که عمدتا در صنایع تایرسازی ، کفش سازی ، کلیه وسایل نقلیه ، ساختمان ها وسایر صنایع استفاده می شود .

کائوچو یا لاستیک جزو مواد بسیار ضروری در زندگی مدرن امروزی است کائوچو به دلیل خواص کشسانی فوق‌العاده‌اش برای ساخت انواع محصولات اعم از لوازم بیمارستانی، وسایل خانگی و اسباب‌بازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این ماده در صنعت نیز کاربردهای فراوانی دارد.کائوچو از زمانی که گیاهان بر روی زمین به وجود آمدند وجود داشته است. برخی از فسیل‌های گیاهان تولیدکننده کائوچو، سه میلیون‌ سال قدمت دارند.

کائوچو از گیاهان خاصی گرفته می‌شود. در واقع بیش از 400 نوع گیاه وجود دارد که از شیرابه آنها مقادیر مختلفی کائوچو به دست می‌آید. قسمت اعظم کائوچوی طبیعی جهان را درخت «هیوا برازیلینسیس» تولید می‌کند. این درخت که طول آن به بیش از 35 متر می‌رسد، بومی کشور برزیل است. در حال حاضر، بزرگترین منابع کائوچوی طبیعی جهان در «مالایا» واقع در جنوب شرقی  آسیا قرار دارد.

برای تهیه کائوچو ابتدا شکافی در تنه درخت به وجود می‌آورند و سپس شیرابه سفید رنگی را که از شکاف خارج می شود، جمع‌آوری می‌کنند. این شیرابه را پس از آنکه سفت و خشک شد، به صورت ورقه در می‌آورند. به این ترتیب ورقه‌های کائوچوی خام برای صدور به سایر کشورها آماده می‌شوند. جالب است بدانید که کائوچوی خام، ماده‌ای سست و چسبناک است و خاصیت کشسانی زیادی ندارد. استحکام و کشسانی کائوچو را با افزودن گوگرد افزایش می‌دهند. به این کار (ولکانیزه) می‌گویند. بعد از عمل ولکانیزه، مواد پرکننده (معمولاً دوده کربن) به کائوچوافزوده می‌شود تاکشسانی و قدرت آن باز هم افزایش یابد. پس از طی این مراحل،کائوچوی خام به ماده‌ای با خاصیت کشسانی زیاد تبدیل می‌شود و مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته تولیدکائوچو با این روش بسیار گران و پرهزینه است.

در طول جنگ جهانی دوم کائوچو یا لاستیک مصنوعی برای نخستین بار در مقیاس صنعتی ساخته شد.

از آن زمان پیشرفت‌های بسیاری در زمینه ساخت کائوچوی مصنوعی حاصل شده و کیفیت محصولات بسیار بالا رفته است. کائوچوی مصنوعی در برابر مواد شیمیایی، روغن و حرارت نسبت به کائوچوی طبیعی مقاومتر است؛ به همین دلیل در صنایع، بخصوص هواپیماسازی، کاربرد بیشتری دارد. از اواسط دهه 1960 میلادی میزان تولید کائوچوی مصنوعی از کائوچوی طبیعی پیشی گرفته است.

کائوچوی طبیعی و مصنوعی

کائوچوی طبیعی در شیره درختی به نام هیوا ، Hevea وجود دارد و از پلیمر شدن هیدروکربنی به نام 2- متیل- 1 و3- بوتادین معروف به ایزوپرن بوجود می‌آید. با توجه باینکه در فرمول ساختمانی کائوچو یا لاتکس طبیعی هنوز یک پیوند دوگانه وجود دارد، به همین دلیل وقتی کائوچو را با گوگرد یا سولفور حرارت دهیم، این منومرها ، پیوند پی را باز می‌کنند و با ظرفیت های آزاد شده ، اتم گوگرد را می‌گیرند. در نتیجه کائوچو به لاستیک تبدیل می‌گردد.

حرارت دادن کائوچو با گوگرد و تولید لاستیک را اصطلاحا ولکانیزاسیون Vulcanizataion می‌نامند. به همین دلیل، لاستیک حاصل را نیز، (کائوچوی ولکانیزه)گویند. چند نوعی کائوچوی مصنوعی نیز ساخته شده‌اند که از مواردی مانند 1و 3- بوتادی ان و جسمی به نام 2- کلرو- 1 و 3- بوتادین معروف به (کلروپرن)و جسم دیگری به فرمول 2و 3- دی متیل- 1 و 3- بوتادین بتنهایی یا مخلوط درست شده‌اند. کلروپرن به راحتی پلیمریزه شده و به نوعی کائوچوی مصنوعی به نام (نئوپرن)تبدیل می‌شود.

تکامل در صنعت لاستیک

بعدها در سال 1888 خواص مکانیکی لاستیکهای تهیه شده توسط گودییر و مکین تاش با استفاده از کربن سیاه به عنوان یک ماده پرکننده و افزودنی بسیار بهبود بخشیده شده و در نتیجه لاستیکهای بادی دانلوب ، (تیوپ)تهیه شد. بعد از آن لاستیکهای سنتزی تهیه و به بازار عرضه شد مانند ایزوپرن ، بوتادی ان و لاستیکهای تیوکل.

بعدها لاستیکهای سنتزی مثل کوپلیمرهای استیرن و بوتادی‌ان تهیه شد که در سال 1941 مصرف آن صفر بود. اما در سال 1945 مصرف آن 700000000 می‌رسید. به موازاتی که مصرف لاستیکهای سنتزی بالا می‌رود، مصرف لاستیکهای طبیعی پایین می‌آید. چون لاستیکهای سنتزی اقتصادی‌تر هستند.